Co to jest dioda tunelowa?

Co to jest dioda tunelowa?

Dioda tunelowa

Dioda tunelowa (znana również jako dioda Esakiego) to rodzaj półprzewodnikowej diody, która ma efektywnie „ujemną oporność” z powodu kwantowego efektu tunelowania. Diody tunelowe mają mocno domieszkowany złącz pn o szerokości około 10 nm. Mocna domieszka powoduje przerwanie przerwy energetycznej, gdzie stany elektronów pasma przewodzenia na stronie N są w większym lub mniejszym stopniu zorientowane z stanami dziur pasma walencyjnego na stronie P.

Tranzystory mają trudności z bardzo wysokimi częstotliwościami z powodu czasu przejazdu i innych efektów. Wiele urządzeń wykorzystuje właściwość ujemnej konduktancji półprzewodników do zastosowań wysokoczęstotliwościowych. Dioda tunelowa, znana również jako dioda Esakiego, to często używane urządzenie o ujemnej konduktancji, nazwane na cześć L. Esakiego za jego pracę nad tunelowaniem.

Stężenie domieszek w regionach p i n jest bardzo wysokie, na poziomie około 1024 – 1025 m-3. Złącze pn jest również ostre. Z tych powodów, szerokość warstwy obciążenia jest bardzo mała. W charakterystyce prąd-napięcie diody tunelowej można znaleźć obszar o ujemnym nachyleniu, gdy zastosowano napęd w przód.

Nazwa „dioda tunelowa” pochodzi od tego, że mechanizm kwantowy tunelowania odpowiada za zjawisko zachodzące wewnątrz diody. Domieszka jest tak wysoka, że przy bezwzględnie zerowej temperaturze poziom Fermiego leży w obrębie obciążeń półprzewodników.

Właściwości diody tunelowej

Gdy zastosowano napęd w tył, poziom Fermiego strony p staje się wyższy niż poziom Fermiego strony n, co powoduje tunelowanie elektronów z pasma walencyjnego strony p do pasma przewodzenia strony n. Gdy napęd w tył zwiększa się, prąd tunelowy również zwiększa się.

Gdy zastosowano napęd w przód, poziom Fermiego strony n staje się wyższy niż poziom Fermiego strony p, co powoduje tunelowanie elektronów ze strony n do strony p. Ilość prądu tunelowego jest znacznie większa niż normalny prąd złącza. Gdy napęd w przód zwiększa się, prąd tunelowy zwiększa się do pewnego limitu.

Gdy krawędź pasma strony n jest taka sama jak poziom Fermiego strony p, prąd tunelowy jest maksymalny, a dalsze zwiększenie napędu w przód powoduje zmniejszenie prądu tunelowego, uzyskując pożądany obszar ujemnej konduktancji. Gdy napęd w przód jest dalej podnoszony, uzyskuje się normalny prąd złącza pn, który jest wykładniczo proporcjonalny do zastosowanego napięcia. Charakterystyka prąd-napięcie diody tunelowej przedstawia,

Ujemna oporność jest wykorzystywana do osiągnięcia drgań, a często funkcja Ck+ jest bardzo wysokich częstotliwości.

Symbol diody tunelowej

Zastosowania diody tunelowej

• Obwody oscylatorów

• Wykorzystywane w obwodach mikrofalowych

• Odporność na promieniowanie jądrowe